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CK1δ/ε对SR motif激酶活性的进化

邢丽娟  
【摘要】:一般认为,同系蛋白间功能是保守的,蛋白功能分化一般发生在基因复制后,也就是在旁系蛋白间。尽管有研究关注于同系蛋白间的功能差异,对蛋白序列变异如何引起蛋白功能分化的认识还十分浅薄,并且这方面的实验研究也很少。 Casein激酶(CK1)家族是一类丝氨酸(S),苏氨酸(T)特异性的激酶,其成员间的功能被认为是十分保守的。CK18/ε(果蝇中的DBT)是CK1家族的一个分枝,在生物钟里起着重要作用。由于先前的研究提示DBT与哺乳类的CK1δ或ε在生物钟里的功能不一致,并且考虑到生物钟系统的高度保守性,我们以DBT和CK18/ε在生物钟功能的进化为具体研究对象,籍此以揭示CK1家族的进化。 我们检测了CK1δ/ε,DBT与他们的时钟底物hPER2,果蝇PER相互作用的功能变化。我们发现DBT并不能如同CK1δ及CK1ε有效地磷酸化hPER2的连续S/TXXS/T (Serine/threonin Rich, SR) motif.而CK1δ及CK1ε间的相似功能说明功能变异发生在基因分化前。 通过同系蛋白间蛋白序列片断的重组,我们发现一段包含有7个氨基酸变异的片段决定了DBT和CK1δ间的功能差异。并且之前的研究并没有发现这一片段对CK1蛋白功能的影响。DBT和CK1δ间的功能差异以及这7个氨基酸对CK16功能的重要性进一步被体外磷酸化实验所证明。这些结果说明微小的蛋白序列变化也会对蛋白功能产生重要影响。并且新蛋白功能可能是通过非重要功能区的变化产生的。对CK1δ/ε蛋白序列及功能影响片段的进化分析,我们发现这一段在脊椎类的CK1δ和CK1ε间高度同源,在某些脊索动物中,单一的CK1δ/ε同系物具有与CK1δ或CK1ε同源的序列,而在节肢动物,线虫动物或刺细胞动物里分化程度较高。说明该磷酸化功能的变化发生在基因分化之前。 我们还发现在CK1δ或CK1ε的底物中,磷酸化位点SR motif在脊椎类里高度保守,而在其它里却不存在或比较分化。并且对各物种蛋白组的分析发现,SRmotif在脊椎类里的保守性明显高于非脊椎类里,与CK1δ/ε蛋白功能的进化相一致,揭示了同系物功能变异伴随的生物体系统水平的变化。并且说明了激酶与底物间可能存在的共进化对生物整体分子网络的作用。


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